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异形景观人行桥梁的研究与设计
2023-05-09 09:25:10 ℃钟玉平
深圳市综合交通设计研究院有限公司,广东 深圳 518000
城市人行桥梁不仅需要满足居民通行需求,更需要满足人们对美好生活的向往,城市人行桥梁逐渐从通行载体向城市家具、历史和人文环境的载体过渡,促使城市人行桥梁设计逐渐从追求经济向追求美观过渡。因此,城市人行桥梁设计应充分结合现状条件、周边环境、挖掘历史及人文信息,打造功能完善、景观效果与周边环境协调统一的艺术作品。文章以深圳市某座滨海人行桥梁设计为例,阐述城市景观人行桥梁方案的设计思路及异形桥梁的结构设计方法,具有一定的参考价值。
案例桥梁位于深圳市坝光生物谷,白沙湾路项目K2+882~K2+928规划人行道范围内,生长有红树科植物——秋茄群落。依据原设计方案,将对项目红线范围内红树进行移植。但是,考虑到红树移植存活率低,且红树移植过程对周边生态环境破坏较大,经科学论证,充分听取行业专家建议后,为保护植物多样性,坚持“金山银山不如绿水青山”的可持续发展原则,拟采用桥梁形式跨越现状秋茄群落。
2.1 设计思路
该桥梁为保护红树而设置,且为海滨桥梁,红树所处滩涂范围内随处可见螃蟹、贝壳等生物,周边环境优美。桥梁修建后该处必将成为人们嬉戏游玩之处。因此,该桥梁方案不仅需要满足行人通行需求,也需要起到保护红树的作用,还需要为行人提供驻足、休憩、欣赏周边风景的场所。
2.2 景观造型
该桥梁被命名为“珍贝桥”,以周边环境为依托,采用贝壳为设计元素,提取海洋浪花作为桥面镶边,倡导人与自然和谐共处,警醒人们保护红树,呵护自然,保护环境。
桥梁共设置2处供行人休憩的石凳,中间石凳设置种植槽,作为桥面景观点缀。内侧桥面铺装采用山樟木,外侧采用夹胶玻璃,不仅能提升游客的体验感,更能满足桥下红树生长所需的光线需求,保证红树的光合作用,实现人与自然的和谐共处。桥梁效果图如图1所示。
图1 桥梁效果图
珍贝桥上部结构采用1×24m简支钢箱梁,下部结构采用重力式桥台,基础采用钻孔灌注桩,全宽为3.5~10.2m,内侧(靠机动车道侧)悬臂长1.25m,外侧(靠滩涂侧)悬臂最大长度为3.7m,主梁采用Q345qC钢板。桥梁最宽处横断面如图2所示。
图2 桥梁最宽处横断面图(单位:cm)
3.1 结构建模
采用Midas Civil程序建立空间板单元模型进行计算。由于桥梁造型奇特,桥宽变化范围大,为模拟实际情况,钢箱梁各板件均按实际位置建立板单元,网格划分最大边长不超过0.3m。支点横向均设2个支座,支座间距为2.66m。模型共计9971个节点,12949个单元,模型如图3所示。
图3 板单元计算模型图
3.2 设计荷载
(1)恒载:钢材容重为78.5kN/m3,填充铅砂容重为114kN/m3,填充混凝土为容重24kN/m3。
(2)人群荷载:依据深圳市《人行天桥和连廊设计标准》(SJG 70—2020)(以下简称《设计标准》)第3.0.7条,取5.0kPa。
(3)风荷载:依据《设计标准》第3.0.7条,基本风压取37.5m/s。
(4)安全等级:依据《设计标准》第1.0.4条,取一级,结构重要系数为1.1。
3.3 主梁应力验算
对桥梁结构进行承载能力验算,主梁顶底板在基本组合下正应力云图如图4所示。由图4可以看出,顶板最大压应力为162Mpa,发生在跨径约为1/3位置的悬臂板处,该处底板最大拉应力为164MPa,小于规范容许值275÷1.1=250MPa。
图4 基本组合顶底板正应力云图
主梁腹板在作用基本组合下的剪应力云图如图5所示。由图5可以看出,腹板最大剪应力为97.3Mpa,发生在大悬臂侧支座处,小于规范容许值160÷1.1=145.5MPa。
图5 基本组合腹板剪应力云图
3.4 刚度验算
主梁在人群荷载作用下的位移如图6所示。由图6可以看出,最大位移为31mm,发生在跨中最大悬臂处,满足《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)第4.2.3条所规定的小于48mm的要求。
图6 人群荷载作用下最大竖向位移图
主梁在恒载作用下的最大竖向位移值为29mm,依据《公路钢结构桥梁设计规范》第4.2.4条规定设置桥梁预拱度,取恒载+0.5×活载=29+0.5×31=45mm。
3.5 结构动力验算
将相应荷载转化为质量,对该桥梁进行特征值分析,自振模态如图7所示。由图7可知,桥梁自振频率为3.4Hz(>3Hz),满足《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ 69—1995)(2003局部修订版)的相关要求。
图7 主梁振动模态图
通过该异形景观人行桥梁设计与研究得出以下结论:
(1)该景观人行桥梁造型新颖,立意深远,较好地体现了人与自然和谐相处,并警醒人民爱护环境,保护海洋;
(2)主梁结构的强度、稳定及变形等指标相对合理,满足相关规范的设计要求;
(3)通过板单元建立钢箱梁模型虽然相对复杂,但能较好地反映异形结构的受力情况,便于发现桥梁设计方案的薄弱点并及时进行修改完善。
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